预应力锚索支护体系在软土基坑中的应用

胡 冲 蒋军良 周林才

1. 苏州工业园区生物产业发展有限公司 苏州 215123；2. 苏州第一建筑集团有限公司 苏州 215123

1 工程概况

本工程基坑位于苏州市太湖大道与景润路交叉口东南角，基坑平面面积3.59万 m2，围护结构周长780 m。基坑南侧邻近既有2 幢高层地下室，距离分别为 23 m、15 m。基坑北侧有Φ1 200 mm给水钢管，不可迁改。工程范围内土层自上而下为：①1素填土、③1黏土、③2粉质黏土、④1粉质黏土夹粉土、④2粉质黏土、⑤1黏土。地下水位埋深约1 m。基坑周边环境与开挖分区见图1。

图1 基坑总平面示意

2 典型围护结构设计方案[1,2]

本基坑开挖深度约9.4 m，围护结构采用Φ800 mm@1 000 mm钻孔灌注桩，外侧施作Φ650 mm@900 mm三轴搅拌桩止水帷幕；支撑体系为单道预应力锚索，锚索采用3 根7 股Φ15.2 mm钢绞线，水平间距2 m，倾角30o，注浆体Φ400 mm，张拉锁定荷载100 kN。基坑安全等级为一级，典型围护结构剖面如图2所示。

图2 典型围护剖面

采用同济启明星软件对该围护剖面方案进行检算，计算结果显示，围护结构最大水平点位于地面下7.5 m处，位移量53 mm；桩顶位移22 mm；坑外地表沉降71 mm；锚索拉力为427 kN；桩身弯矩标准值953 kN·m，需在Φ800 mm灌注桩中环向均匀配置25 根Φ22 mm钢筋。上述计算变形结果超出设计要求的监测警戒值，其原因在于：基底下围护桩插入④2层深厚流塑状粉质黏土中，该土层标贯修正值为2.85，其侧向基床系数偏低，基坑内侧土层被动抗力不足。在评审阶段，曾有专家针对该流塑状土层的问题，建议增设锚索道数并于坑内施作旋喷加固，但该建议由于经济因素而未被采纳。

3 基坑开挖监测与抢险情况

基坑开挖至地表下约7 m处时，桩身水平位移变形速率即达到3～4 mm/d，内侧桩间土出现裂缝与渗水情况，施工方当即停止开挖并加大坑外轻型井点降水力度，但由于坑外土体渗透系数≤7.0×10-6cm/s，降水效果不明显。待变形基本稳定后，开挖至基底标高处，已开挖区块坑外测斜与地表沉降均超过设计提供的监测警戒值，基底上约2.5 m处桩身内侧出现多处横向裂缝，桩体沿竖向出现鼓肚情况，施工人员在坑内可听到钢绞线错动的声音。

施工方当即停止开挖，组织人力物力对坑外采用垂直双液注浆、井点降水、改变荷载运输通道等手段予以抢险，逾1 个月后，基坑变形速率基本收敛。开挖区段Ⅱ区最终坑外测斜数据见图3。

图3 Ⅱ区土层水平测斜结果

坑外水平测斜量最大为57 mm，冠梁监测点水平位移43.4 mm，坑外5 m处土层测点竖向沉降37.5 mm，均超出监测警戒值；邻近锚索（3 根7 股Φ15.2 mm）拉力监测值567 kN＞前述计算值427 kN，该锚索支点水平位移39 mm，表明其仍处于有效工作状态。

4 邻近给水管段围护方案与实测分析[3-6]

4.1 围护结构计算分析

基坑北侧存在既有Φ1 200 mm给水钢管，沿太湖大道布置，距基坑围护结构约7 m，该管线为城市供水主干管，无迁改条件。根据前期的基坑变形情况，设计方对该段围护结构调整后剖面如图4所示。

图4 邻近给水管区段围护结构剖面

该区段基坑开挖深度约9.55 m，围护结构采用Φ900 mm@1 100 mm钻孔灌注桩，外侧施作Φ650 mm@900 mm三轴搅拌桩止水帷幕；支撑体系为2 道预应力锚索，第1道锚索采用3 根7 股Φ15.2 mm钢绞线，倾角30o，张拉锁定荷载150 kN；第2道锚索采用6 根7 股Φ15.2 mm钢绞线，倾角45o，张拉锁定荷载250 kN；2 道锚索水平间距2.2 m，注浆体Φ400 mm，端部3 m长扩大段注浆Φ650 mm。同样采用启明星软件对该剖面检算。

根据计算结果，围护结构最大水平点位于地面下8 m处，位移量10 mm；坑外地表沉降11 mm；锚索拉力设计值：第1道186 kN，第2道414 kN；桩身弯矩标准值582 kN·m，Φ900 mm灌注桩中环向均匀配置12 根Φ22 mm钢筋。上述计算结果较前述单道锚索剖面计算结果大大减小，表明增设锚索与坑内加固，对基坑围护结构的内力与变形、坑外地表沉降均有明显的控制作用。

4.2 施工情况与监测数据分析

该区段施工过程顺利，从开挖至基坑封闭，各项监测数据均处于正常范围之内。坑外水平测斜量最大为12.5 mm，冠梁监测点水平位移9.2 mm，竖向位移7.2 mm。邻近太湖大道测点最大沉降量7.66 mm。

监测数据中，第1道锚索（3 根7 股Φ15.2 mm）支点水平位移10 mm，其拉力监测值415 kN，远大于计算值186 kN。推测其原因为2 道锚索竖向间距2 m，且第2道锚索倾角45o，其有效工作角度欠优，导致坑外水土压力主要由第1道锚索承担。为验证此推论，取消第2道锚索，保留坑内加固区，再次进行计算。

计算结果中，桩体位移13.4 mm，桩身弯矩标准值569 kN·m，坑外地表沉降量17.2 mm；计算结果表明，坑内被动区加固对于控制围护结构与坑外地层的贡献，大于第2道锚索的作用。

5 结语

对于基底存在深厚流塑状软土的基坑，被动区设置加固体可有效控制桩体变位与地层变形。实践证明，采用预应力锚索支撑体系是有效的，但应减少锚固点至基底距离，并增加浅层放坡高度，以控制桩体变形与内力。